RU2625075C1

RU2625075C1 - Temperature control method of piston groups and cylinders with outside combustion chamber of free-piston power module with pump drive of compressed air cooling system

Info

Publication number: RU2625075C1
Application number: RU2016117450A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рыбаков
Original assignee: Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-07-11

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: temperature control method of piston groups and cylinders with an outside combustion chamber of a free-piston power module with a pump drive of a compressed air cooling system consists in the following: when the power module is operating at the time when the mass of the air compressed in the compressor cavities of the air power module's pistons enters the combustion chamber of the power module, a power module control system opens a valve for supplying air to the turbine from the compressor cavities of the power module's pistons, the air enters the turbine and drives the turbine in rotation. The turbine is connected to the fan and pump by shafts, the pump pumps the cooling liquid through the channels of the power module's piston groups for pumping the cooling liquid and through the channels of the cylinders with channels for pumping the cooling liquid of the power module, through the radiator and back to the pump. The cooling liquid transfers heat from the piston groups and cylinders of the power module to the radiator, the fan blows the radiator over which gives heat to the environment. The control system of the air temperature sensor monitors the temperature of the cooling liquid, and if the cooling liquid temperature is less than the optimum value, the control system closes the valve of air supply to the turbine.

EFFECT: temperature control of piston groups and cylinders of a free-piston power module with an outside combustion chamber with a pump drive of a compressed air cooling system.

2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший аналог заявленного изобретения патент РФ 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».The closest analogue of the claimed invention is RF patent 2427718 "Method for cooling pistons of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors."

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель изобретения - обеспечить управление температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом.The purpose of the invention is to provide temperature control of the piston groups and cylinders of the free piston power module with an external combustion chamber with a pump drive for the compressed air cooling system.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия двухцилиндрового свободнопоршневого с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуля, далее - энергомодуль.The invention is illustrated by the description of the principle of operation of a two-cylinder free-piston with a common external combustion chamber and a linear electric generator of the energy module, hereinafter - the energy module.

Продукты сгорания (фигура 1) из внешней камеры сгорания 1 (далее - камера сгорания 1) по трубопроводу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в правую (по рисунку) торцевую полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 7 - в левую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейных электрогенераторов 10 и 11 начинают расходиться. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру - якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10, магнитный замыкатель 14, изготовленный из магнитомягкого материала, и снова якорь 11. При оппозитном движении якорей 10 и 11 (в данном случае - движении расхождения) пересекаются магнитные линии их магнитных полей, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в катушке генератора 15 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления переводит клапаны 3, 7, 16, 17 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 16 поступают в левую полость поршня 18 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 17 - в правую полость поршня 19 правой расширительной машины 9. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря начинают сходиться. В статорной катушке 15 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие продукты сгорания при расхождении поршней 18, 19 выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 16 и 17, а при схождении - через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно при рабочих тактах расширительных машин 5, 9 через обратные клапаны 20, 21, 22, 23 из соответствующих полостей поршней расширительных машин 5, 9 по трубопроводам 24, 25 для обеспечения процесса горения топлива в камеру сгорания 1 подается воздух, а через обратные клапаны 26, 27, 28, 29 из атмосферы засасывается воздух.The combustion products (figure 1) from the external combustion chamber 1 (hereinafter referred to as the combustion chamber 1) through the pipe 2 through the gas distribution valve 3 enter the right (according to the figure) end cavity of the piston 4 of the left expansion machine 5, and through the pipe 6 and through the gas distribution valve 7 - into the left cavity of the piston 8 of the right expansion machine 9. Under the influence of expanding combustion products, the pistons of the expansion machines 4 and 8 and the anchors of the linear electric generators 10 and 11 connected to them begin to diverge. The anchors 10 and 11 can be permanent magnets, or electromagnets magnetized by a magnetizing coil 12 when a magnetizing current flows through its turns. In both cases, the magnetic flux is closed along the contour - the armature 11, the stator magnet 13, the armature 10, the magnetic closure 14 made of soft magnetic material, and again the armature 11. With the opposite movement of the anchors 10 and 11 (in this case, the movement of the divergence), the magnetic lines of their magnetic fields, as a result of which the magnetic flux changes in the stator magnet 13 and the anchors 10 and 11 and, as a result, an electric pulse is generated in the coil of the generator 15. When the pistons and anchors reach the points of extreme divergence, the control system puts the valves 3, 7, 16, 17 in opposite positions. Now, the combustion products from the combustion chamber 1 through the pipeline 2 and through the gas distribution valve 16 enter the left piston cavity 18 of the left expansion machine 5, and through the pipe 6 and through the gas distribution valve 17 enter the right cavity of the piston 19 of the right expansion machine 9. The pistons of the expansion machines and anchors connected to them begin to converge. An opposite sign pulse is generated in the stator coil 15. The exhaust products of combustion at the divergence of the pistons 18, 19 are discharged into the atmosphere through the gas distribution valves 16 and 17, and when converging through the gas distribution valves 3 and 7. At the same time, when the expansion machines 5, 9 work through the check valves 20, 21, 22, 23 of the corresponding piston cavities of the expansion machines 5, 9 through the pipelines 24, 25 to ensure the combustion process of the fuel, air is supplied to the combustion chamber 1, and air is sucked from the atmosphere through the check valves 26, 27, 28, 29.

Управление температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом осуществляется следующим образом. На фигуре 2 показана поршневая группа правой расширительной машины энергомодуля - см. фигуру 1. При действии энергомодуля в момент времени, когда в камеру сгорания 1 поступит масса сжимаемого в компрессорных полостях энергомодуля воздуха, система управления энергомодуля открывает клапан подачи воздуха на турбину 30. При расхождении поршневых групп энергомодуля (фигура 1) из компрессорных полостей поршней 4 и 19 и при схождении из компрессорных полостей поршней 8 и 18 воздух (фигура 2) поступает на турбину 31 и приводит ее во вращение, и по каналу 32 выбрасывает воздух в окружающую среду. Турбина 31 соединена валом с вентилятором 33 и насосом 34. Насос 34 прокачивает охлаждающую жидкость по каналу 35, каналу поршневой группы 36, каналу 37, радиатору 38 и снова к насосу 34. Охлаждающая жидкость отбирает тепло от поршневой группы 39 и переносит его в радиатор 38. Вентилятор 33 по каналу 40 забирает атмосферный воздух и обдувает радиатор 38, который отдает тепло окружающей среде. Система управления датчиком температуры воздуха 41 контролирует температуру охлаждающей жидкости. Если температура охлаждающей жидкости меньше оптимальной величины, система управления закрывает клапан подачи воздуха на турбину 30, и температура охлаждающей жидкости и поршневой группы повышается. Для охлаждения поверхности цилиндра поршневой группы энергомодуля насос 34 прокачивает охлаждающую жидкость от насоса 34 по каналу 42 цилиндра энергомодуля 43, радиатор 38 и снова к насосу 34. Охлаждающая жидкость отбирает тепло от стенок цилиндра энергомодуля 43 и переносит его в радиатор 38. Термостаты 44 и 45 настроены таким образом, что при превышении температуры охлаждающей жидкости сверх оптимальной перекрывают поток охлаждающей жидкости. При повышении охлаждающей жидкости и поршневых групп и цилиндра энергомодуля выше оптимальной величины система управления энергомодуля снова открывает клапан подачи воздуха на турбину 30.The temperature control of the piston groups and free-piston cylinders with an external combustion chamber of the energy module with a pump drive for the compressed air cooling system is carried out as follows. Figure 2 shows the piston group of the right expansion machine of the energy module - see figure 1. Under the action of the energy module at the time when the mass of air compressed in the compressor cavities enters the combustion chamber 1, the energy module control system opens the air supply valve to the turbine 30. If there is a discrepancy piston groups of the energy module (figure 1) from the compressor cavities of the pistons 4 and 19 and when converging from the compressor cavities of the pistons 8 and 18, air (figure 2) enters the turbine 31 and causes it to rotate, and through channel 32 throws air into the environment. The turbine 31 is connected by a shaft with a fan 33 and a pump 34. A pump 34 pumps coolant through a channel 35, a channel of a piston group 36, a channel 37, a radiator 38 and again to a pump 34. The coolant takes heat from the piston group 39 and transfers it to the radiator 38 The fan 33 through the channel 40 takes air and blows the radiator 38, which gives off heat to the environment. The control system of the air temperature sensor 41 monitors the temperature of the coolant. If the coolant temperature is less than the optimum value, the control system closes the air supply valve to the turbine 30, and the temperature of the coolant and piston group rises. To cool the cylinder surface of the piston group of the energy module, the pump 34 pumps coolant from the pump 34 through the channel 42 of the cylinder of the energy module 43, the radiator 38 and again to the pump 34. The cooling liquid draws heat from the cylinder walls of the energy module 43 and transfers it to the radiator 38. Thermostats 44 and 45 tuned in such a way that when the temperature of the coolant exceeds the optimum temperature, they shut off the flow of coolant. When the coolant and piston groups and the cylinder of the energy module increase above the optimum value, the energy module control system again opens the air supply valve to the turbine 30.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ управления температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом, включающего клапан подачи воздуха на турбину, турбину, вентилятор, насос, радиатор, поршневые группы энергомодуля с каналами для прокачки охлаждающей жидкости, цилиндр энергомодуля с каналом для прокачки охлаждающей жидкости и датчик температуры охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что при действии энергомодуля в момент времени, когда в камеру сгорания поступит масса сжимаемого в компрессорных полостях поршней энергомодуля воздуха, система управления энергомодуля открывает клапан подачи воздуха на турбину из компрессорных полостей поршней энергомодуля, воздух поступает на турбину и приводит турбину во вращение, турбина соединена валами с вентилятором и насосом, насос прокачивает охлаждающую жидкость по каналам поршневых групп энергомодуля для прокачки охлаждающей жидкости и по каналам цилиндров для прокачки охлаждающей жидкости энергомодуля, через радиатор и снова к насосу, охлаждающая жидкость переносит тепло от поршневых групп и цилиндров энергомодуля в радиатор, вентилятор обдувает радиатор, который отдает тепло окружающей среде, система управления датчиком температуры воздуха контролирует температуру охлаждающей жидкости, и, если температура охлаждающей жидкости меньше оптимальной величины, система управления закрывает клапан подачи воздуха на турбину.A method of controlling the temperature of piston groups and free piston cylinders with an external combustion chamber of an energy module with a compressed air pump drive, including an air supply valve to a turbine, turbine, fan, pump, radiator, piston groups of an energy module with channels for pumping coolant, an energy module cylinder with a channel for pumping coolant and a coolant temperature sensor, characterized in that under the action of the energy module at the time when the combustion chamber entered weight of the air module compressed in the compressor cavities of the pistons of the energy module, the energy module control system opens the air supply valve to the turbine from the compressor cavities of the energy module pistons, the air enters the turbine and rotates the turbine, the turbine is connected by shafts to the fan and pump, the pump pumps coolant through the channels of the piston groups of the energy module for pumping coolant and through cylinder channels for pumping the coolant of the energy module, through the radiator and again to the pump, cooling the fluid transfers heat from the piston groups and cylinders of the power module to the radiator, the fan blows around the radiator, which gives off heat to the environment, the air temperature sensor control system monitors the temperature of the coolant, and if the coolant temperature is less than the optimum value, the control system closes the air supply valve to the turbine .

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.The requirements for materials and technologies of the claimed invention do not go beyond the scope of modern capabilities.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура 1. Принципиальная схема спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля.Figure 1. Schematic diagram of a twin twin-cylinder free-piston with an external combustion chamber of the energy module.

1 - камера сгорания; 2, 6, 24, 25 - трубопровод; 3, 7, 16, 17 - газораспределительный клапан; 4, 8, 18, 19 - поршень расширительной машины; 5, 9 - расширительная машина; 10, 11 - якорь; 12 - катушка подмагничивания; 13 - статорный магнит; 15 - катушка генератора; 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28, 29 - обратный клапан.1 - combustion chamber; 2, 6, 24, 25 - pipeline; 3, 7, 16, 17 - gas distribution valve; 4, 8, 18, 19 - the piston of the expansion machine; 5, 9 - expansion machine; 10, 11 - anchor; 12 - magnetization coil; 13 - stator magnet; 15 - generator coil; 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28, 29 — check valve.

Фигура 2. Принципиальная схема системы охлаждения поршневых групп и цилиндров энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом.Figure 2. Schematic diagram of the cooling system of the piston groups and cylinders of the energy module with a pump drive for the cooling system with compressed air.

30 - клапан подачи воздуха на турбину; 31 - турбина; 32, 35, 37, 40 - канал; 33 - вентилятор; 34 - насос; 36 - канал поршневой группы; 38 - радиатор; 39 - поршневая группа; 41 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 42 - канал цилиндра энергомодуля, 43 - цилиндр энергомодуля, 44, 45 - термостат.30 - valve for supplying air to the turbine; 31 - turbine; 32, 35, 37, 40 - channel; 33 - fan; 34 - pump; 36 - channel of the piston group; 38 - a radiator; 39 - piston group; 41 - coolant temperature sensor, 42 - cylinder channel of the energy module, 43 - cylinder of the energy module, 44, 45 - thermostat.